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Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung für Werkstücke und soll sich auch für Werkstücke eignen, die eine unebene Oberfläche, in diesem Falle eine unebene Unterseite, aufweisen, mit der die Werkstücke auf die Spannvorrichtung aufgelegt und dort gehalten werden. Die Spannvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von einzelnen Halteelementen, im Folgenden als ”Stempel” bezeichnet. Jeder Stempel ist zur Halterung des Werkstücks wirksam. Die Mehrzahl der Stempel bewirkt eine ausreichend feste Halterung des Werkstücks bei dessen Bearbeitung, z. B. Schleifen, Fräsen und dergleichen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder Stempel Mittel zur Höhenverstellung einer dem Werkstück zugewandten Aufnahmeplatte und darüber hinaus Mittel zur Verstellung der Neigung dieser Aufnahmeplatte. Es kann jedoch auch ausreichend sein, dass jeder Stempel oder zumindest einzelne Stempel nur die Mittel zur Höhenverstellung oder nur die Mittel zur Einstellung der Neigung der Aufnahmeplatte aufweisen. Die Beschreibung wird fortgesetzt für Stempel, die beide kinematische Verstellmöglichkeiten aufweisen. Die Erfindung betrifft jedenfalls auch Stempel mit jeweils nur einer der beiden vorgenannten kinematischen Verstellmöglichkeiten.
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Zur Höhenverstellung weist der Stempel einen in einem Gehäuse geführten Kolben auf, an dessen freiem Ende mittelbar oder unmittelbar die Aufnahmeplatte angebracht ist. Der Kolben lässt sich in dem Gehäuse mechanisch arretieren, um z. B. bei einer Mehrzahl von Stempeln bei zumindest einem dieser Stempel die vertikale Beweglichkeit zu unterbinden, so dass im Bereich dieses Stempels ein definierter Auflagepunkt gegeben ist. Bei einer Mehrzahl von Stempeln ist eine solche Arretierung für bis zu zwei Stempel sinnvoll, während die restlichen Stempel aufgrund der Höhenverstellbarkeit an die Unterseite des Werkstücks herangeführt werden. Für eine solche Verstellbarkeit ist vorgesehen, dass der Stempel federnd gelagert ist. Als Mittel für eine solche Lagerung kommt ein mechanisches Federelement, also z. B. eine Torsionsfeder, in Betracht. Des Weiteren sind auch Federelemente nach Art eines Luftkissens, eines elastisch verformbaren Kunststoffs und dergleichen denkbar. Schließlich kommt als Mittel zur federnden Vorspannung des Kolbens auch eine hydraulische oder pneumatische Vorspannung in Betracht. Sobald sich der Stempel gegen oder mit dieser Federspannung an die Unterseite des Werkstücks angelegt hat, erfolgt eine Arretierung des Kolbens in dieser Position. Dafür ist bei der bevorzugten Ausführungsform ein auf die seitliche Außenfläche des Kolbens wirkender Klemmkolben vorgesehen, der elektrisch, magnetisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sein kann. Hinsichtlich des elektrischen Antriebs kommt z. B. eine motorisch angetriebene Drehspindel in Betracht. Eine weitere Möglichkeit für einen elektrischen Antrieb des Klemmkolbens ist ein Antrieb auf elektromagnetischer Basis.
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Die Auflageplatte jedes Stempels oder zumindest einiger Stempel ist in ihrer Neigung einstellbar und zwar bevorzugt entlang zweier senkrecht aufeinander stehender Koordinatenachsen, so dass jede Neigung im Raum eingenommen werden kann. Sobald die Auflageplatte in Kontakt mit der Unterseite des Werkstücks steht, wird diese in der sich jeweils einstellenden Neigungsposition arretiert. Dazu ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein Zugkolben vorgesehen, der einen halbkugelförmigen Abschnitt auf einer Unterseite der Auflageplatte in eine korrespondierende geformte Aufnahmeschale zieht. Diese kann im Gehäuse des Stempels und/oder im Kolben selbst gebildet sein. Für den Zugkolben kommt genauso wie für den Klemmkolben eine elektrische, hydraulische, pneumatische Aktivierung oder eventuell auch eine mechanische Betätigung in Betracht.
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Jeder Stempel wird zum Halten des Werkstücks wirksam, indem in Öffnungen der Aufnahmeplatte ein Vakuum erzeugt wird und zu diesem Zweck sind der Stempel und dessen Aufnahmeplatte an einem Kompressor zur Erzeugung des Vakuums angeschlossen. Wenn ein Werkstück auf die Aufnahmevorrichtung und die davon umfassten Stempel aufgelegt wird, wird entweder manuell oder automatisch der Kompressor aktiviert und entsprechend Luft durch die Kanäle in der Aufnahmeplatte abgesaugt. Sobald sich für einen Stempel ein Vakuum einstellt, erkennbar und damit automatisch sensierbar an einem Druckabfall im Leitungsverlauf von der Aufnahmeplatte zum Aggregat, kann automatisch die Arretierung des Stempels, und zwar entweder die Arretierung in vertikaler Richtung und/oder die Arretierung hinsichtlich der eventuellen Neigung der Aufnahmeplatte, ausgelöst werden. Ein mechanischer Eingriff zur Einstellung der einzelnen Stempel ist damit nicht notwendig und die durch Bedienpersonal notwendige Handhabung beschränkt sich auf das eventuelle Vorjustieren eines oder zweier Stempel und sodann das Auflegen des Werkstücks, und das eventuelle manuelle Aktivieren des Luftdruckaggregats.
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Die 1 und 1a zeigen eine Ausführungsform des Halteelements (Stempels) in einer Seitenansicht (1a) und in einer entlang der Schnittlinie B-B in 1a geschnittenen Darstellung (1b). Die 2a und 2b zeigen im Wesentlichen gleiche Verhältnisse wie die 1a und 1b, jedoch ist bei der Darstellung in den 2a und 2b die Aufnahmeplatte geneigt, wodurch einer der kinematischen Freiheitsgrade zum Ausdruck kommt, mit denen der Stempel bei einer unregelmäßig geformten Unterseite eines Werkstücks an diese herangeführt werden kann.
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Die mit „Mittelstellung/Festsetzung” bezeichnete Vorrichtung dient zur Arretierung des Stempels und zur Unterbindung von dessen vertikaler Beweglichkeit, so dass ein derartig arretierter Stempel als feste Bezugsposition beim Auflegen des Werkstücks dienen kann. Bei einem nicht arretierten Stempel wird dieser in seiner vertikalen Position fixiert, sobald ein Kontakt mit dem Werkstück hergestellt ist. Dazu ist die Vorrichtung vorgesehen, die in 2b mit „Bremsen der Stütze mit 100 bar Hydraulikdruck” bezeichnet ist, wobei anstelle einer hydraulischen Betätigung auch eine pneumatische, eine elektrische oder eine magnetische Betätigung in Frage kommt, und auch bei einer hydraulischen Betätigung andere Druckwerte möglich sind. Das gleiche gilt im Folgenden auch für evtl. weitere konkret genannte Größen, wie auch jede in der Zeichnung evtl. angegebene Bemaßung, die sich lediglich auf eine konkrete Ausführungsform bezieht. Die mit „Höhenausgleich mit 4,5 bar Luftdruck” bezeichnete Vorrichtung dient zur vertikalen Positionsanpassung des Stempels. Der zugeführte Luftdruck wirkt im Grunde wie ein Luftkissen, und sobald das Werkstück mit dem Stempel in Kontakt kommt, wird dieses Luftkissen soweit komprimiert, bis sich eine Ruheposition und damit eine vertikale Stempelposition einstellt, in der die Auflageplatte an der Unterseite des Werkstücks anliegt. In dieser Position kann der Stempel in seiner vertikalen Bewegungsrichtung dann insgesamt fixiert werden, und dafür ist das bereits beschriebene Bremsen vorgesehen. Eine Neigung der Aufnahmeplatte wird dadurch ermöglicht, dass diese an einer Schale befestigt ist, die im Zentrum eine kugelschalenförmige Geometrie aufweist, die von einer korrespondierend gestalteten Geometrie an der Vorderseite des Kolbens des Stempels aufgenommen wird. Ein Zugkolben, der innerhalb des vertikal beweglichen Kolbens des Stempels läuft, ist zur Arretierung der Neigung dieser Schale und damit zur Arretierung der Neigung der Aufnahmeplatte insgesamt vorgesehen. Die Neigung wird fixiert, wenn die in der Zeichnung mit „Klemmung des Neigungsausgleichs mit 100 bar Hydraulikdruck” bezeichnete Vorrichtung aktiviert wird.
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3 zeigt das Gehäuse des Stempels.
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4 zeigt in einer Schnittdarstellung den in dem Gehäuse (3) geführten Kolben, der zur Gewährleistung einer vertikalen Anpassung an das Werkstück im Gehäuse vertikal beweglich ist.
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In der Darstellung des Kolbens gemäß 4 erkennt man auf der einen Seite die kugelschalenabschnittsförmige Ausnehmung zur Aufnahme des korrespondierenden Abschnitts der die Aufnahmeplatte tragenden Schale und auf der anderen Seite die Ausnehmung für die Mittel zum federnden Vorspannen der Vertikalposition des Kolbens, z. B. durch ein Luftkissen, ein Federelement oder dergleichen. Im Zentrum des Kolbens bleibt eine Ausnehmung für den Zugkolben frei.
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Die 5a und 5b zeigen die Schale, die zur Haltung der Aufnahmeplatte vorgesehen ist. 5a zeigt die Schale in dreidimensionaler Darstellung mit teilweise sichtbaren, an sich verdeckten Linien, und 5b zeigt eine Schnittdarstellung der Schale entlang einer ihrer Hauptachsen. In 5b ist besonders gut der kugelschalenförmige Abschnitt erkennbar, der die Neigungsverstellung der Aufnahmeplatte erlaubt.
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6 zeigt die Aufnahmeplatte, die auch als Vakuumscheibe bezeichnet werden kann. Erkennbar ist, dass die Oberseite der Aufnahmeplatte strukturiert ist, um einerseits ein sicheres und rutschfestes Halten des Werkstücks zu gewährleisten, die aber auch die Herstellung des Vakuums zum Halten des Werkstücks unterstützt. Zumindest eine der dargestellten Bohrungen, hier die Bohrung bei ca. „1 Uhr”, geht durch die Aufnahmeplatte hindurch und erlaubt den Anschluss einer Zuleitung von einem Kompressor zur Erzeugung des Vakuums. Es ist erkennbar, dass die Bohrung durch die Struktur der Oberfläche der Aufnahmeplatte mit im Wesentlichen deren gesamter Oberfläche in Verbindung steht, so dass das durch das Vakuum bewirkte Ansaugen der Vakuumscheibe an die Unterseite des Werkstücks großflächig erfolgt.
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7 zeigt eine Grundplatte, auf der der Stempel montierbar ist und mit der der Stempel z. B. auf einem CNC-Aufspanntisch oder in einer Platte mit einem Lochraster oder dergleichen montiert werden kann. Mit der Aufspannplatte ist eine Montage des Stempels an grundsätzlich beliebigen Positionen möglich, so dass eine Mehrzahl von Stempeln auf einer derartigen Platte so anordenbar ist, dass sich eine jeweils optimale Halterung des Werkstücks ergibt. Zum Anbringen der Grundplatte an einem CNC-Aufspanntisch ist vorgesehen, dass in der Grundplatte in deren seitlichen Ausnehmungen Halteelemente, wie z. B. Maschinenschrauben, eingebracht werden, deren Kopf z. B. in eine in der Aufspannplatte vorgesehene T-Nut hineinragt, und so bei Betätigen einer auf der Oberseite der Grundplatte anzubringenden Mutter ein Festschrauben der Grundplatte an der Aufspannplatte insgesamt erlaubt. Je mehr derartige Befestigungselemente verwendet werden, desto sicherer ist die Anbringung der Grundplatte; üblicherweise werden mindestens zwei Befestigungselemente auf gegenüberliegenden Seiten der Grundplatte verwendet. Das Prinzip ist das gleiche, wenn anstelle eines Aufspanntisches eine Anbringung in einem Lochraster oder dergleichen erfolgt. In jedem Fall ist eine Mehrzahl von Stempeln individuell positionierbar, z. B. in einer matrixförmigen Anordnung, einer kreis- oder halbkreisförmigen Anordnung, ovale Anordnung und so weiter.
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Eine Mehrzahl von auf diese Art und Weise montierten Stempeln bildet die im Titel genannte Spannvorrichtung für Werkstücke.
